飞机肋腹板尺寸优化及分析（二）

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2 肋腹板尺寸优化
2.1 肋腹板优化设计模型
两种设计方案分别进行尺寸优化设计，设计方案如下：
方案1 J型加筋
设计变量：
腹板厚度：竖直方向厚度一致；
竖筋高度、厚度、缘条宽度：竖筋高度一致，厚度在竖直方向一致；上下缘条、腹板厚度相同，上缘条宽度为下缘条
宽度一半。
设计约束：
腹板、加筋厚度尺寸约束；
竖筋高度不变；
加筋的厚度小于腹板的厚度,大于腹板厚度的1/2；
腹板剪切稳定性约束:安全裕度0.2；
加筋柱稳定性约束: 安全裕度0.2；（考虑了由于厚度、高度、宽度的改变而导致的形心的改变）应力约束。
设计目标：在满足所有约束的情况下质量最小。
方案2 横竖加筋
设计变量：
腹板厚度：竖直方向厚度一致；
竖筋高度与厚度：所有竖筋高度一致，且厚度在竖直方向一致；
横筋高度与厚度：所有横筋高度一致，且厚度在竖直方向一致。
设计约束：
腹板、加筋厚度尺寸约束；
竖筋高度不变；
横筋高度约束；
腹板剪切稳定性约束:安全裕度0.2；
加筋柱稳定性约束: 安全裕度0.2；
应力约束。
设计目标：在满足设计约束的情况下质量最小。
2.2 方案1优化设计结果
2.2.1 方案1 J型加筋迭代过程
利用OptiStruct 11.0进行求解，迭代9步，耗时2分钟。所有设计约束均满足，如图7.27所示。

2.2.2 TYPE1 J型加筋优化设计参数
图8为优化设计后腹板在各站位的厚度分布，而加筋的高度、宽度一致，如图9、10所示，选取最严重工况检查优化后应力，优化后剪应力分布更为均匀。

2.3 方案2优化设计结果
2.3.1 方案2 横竖加筋优化迭代过程
利用OptiStruct 11.0进行求解，迭代6步，耗时2分钟。所有设计约束均满足，如图11所示。

2.3.2 方案2横竖加筋优化设计参数
图13为优化设计后腹板在各站位的厚度分布，而加筋的高度、宽度一致。如图14、15所示，选取最严重工况检查优化后应力，优化后应力分布更为均匀。

2.4 方案2优化设计结果
进行质量、厚度、面积、惯性矩、惯性矩与面积之比的数据对比。通过各种参数对比分析之后，方案2比方案1轻1.6Kg，两种方案腹板厚度分布区域一致，方案1的惯性矩较大。但是两种设计方案在质量和性能方面都没有突出的优势。
两种优化的结果都是基于加筋可以起到简支作用的前提下进行优化的。第二种方案中忽略了横筋的支撑作用，但是竖筋能否起简支作用？如果不能起到简支的作用，则支柱的设计偏弱；同时如果忽略横筋的作用，也不能真实的反映横筋与竖筋对腹板的支撑刚度。基于现阶段没有适当的工程算法验算和足够的实验数据验证，考虑以细化有限元模型进行分析验证竖筋横筋对腹板的支撑：
首先根据粗模型优化的结果直接建立细化有限元模型，验证横竖筋能否对腹板起到简支作用。
如果不能起到简支作用，则根据粗模型优化后的分布规律，同时根据实际工艺或者设计经验调整腹板、加筋厚度，人工调整使其满足设计要求。